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凍結條件對產品結構的影響及提升凍干效率的方法

瀏覽次數:386 發布日期:2025-3-18  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
——冰核化溫度與冷卻速率的“微調”竟讓干燥時間縮短2/3?

凍干技術(Lyophilization)是制藥、食品等領域的關鍵工藝,但漫長的干燥時間一直是行業痛點?的腋翊髮W團隊通過實驗發現:凍結階段的微小調整,竟能顯著改變產品多孔結構,從而大幅提升干燥效率
 
實驗設計:冰晶的“生長密碼”

研究以5%蔗糖溶液為模型,設計了兩類凍結條件:
  • 最快協議:冰核化溫度-10°C,核化后以5°C/分鐘快速冷卻
  • 最慢協議:冰核化溫度-5°C,核化后以0.2°C/分鐘緩慢冷卻
    通過氣體吸附、汞侵入孔徑法、X射線微CT成像等技術,系統分析凍干餅孔隙特征。
 
關鍵發現:溫度與速率的“博弈”
 

1️⃣ 冰核化溫度越低,孔隙越小
  • -10°C形成的孔徑(30-50微米)比-5°C更窄,導致水分子逃逸路徑更“曲折”,產品阻力(Rp)增加,主干燥時間延長。
  • 邊緣區域孔隙普遍大于中心,但低溫(-10°C)可使整體孔隙分布更均勻。
2️⃣ 核化后冷卻速率越快,結構越致密
  • 5°C/分鐘的快速冷卻形成更多小孔,比表面積更大,產品阻力更高;而0.2°C/分鐘的慢速冷卻產生更大孔徑,干燥效率提升。
3️⃣ 優化凍結協議,干燥時間銳減2/3!
  • 提高貨架溫度并保持產品溫度穩定,可在不犧牲質量的前提下,顯著加快升華速率。
 
數據說話:孔隙如何左右效率?
  • 汞侵入孔徑法顯示:中值孔徑與產品阻力呈負相關,孔徑越小,阻力越大。
  • X射線微CT成像證實:低溫(-10°C)下凍干餅的固體分布更均勻,而高溫(-5°C)在邊緣形成更厚固體層。
  • 模型推導表明:孔徑半徑與產品阻力斜率成反比,孔隙曲折度(Tortuosity)是關鍵影響因素。
 
應用啟示:凍干工藝優化指南
  • 控制冰核化溫度:適當提高溫度(如-5°C)可增大孔徑,降低阻力,縮短干燥時間。
  • 調整冷卻速率:緩慢冷卻(如0.2°C/分鐘)有助于形成利于升華的大冰晶。
  • 表征技術選擇:結合氣體吸附(比表面積)、汞侵入(孔徑分布)、X射線成像(空間差異),全面評估多孔結構。
 
研究價值
 

這項研究為凍干工藝優化提供了科學依據:通過精準調控凍結參數,既能縮短耗時最長的初級干燥階段,又能保證產品質量。未來,結合控制核化技術(如Millrock的FreezeBooster®)實現批次間一致性,將是凍干效率革命的下一站!
發布者:上海融熵技術裝備有限公司
聯系電話:4006779901
E-mail:sales@rstn.cn

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